Las ondas cerebrales pueden ayudar a unir información a través de la corteza humana

Un misterio fundamental de la corteza humana es cómo sus 16 mil millones de neuronas integran o unen los diferentes tipos de información que codifican en una sola experiencia o memoria unificada y coherente.

Los científicos han planteado la hipótesis de que dicha unión implica oscilaciones de alta frecuencia u «ondas» que promueven interacciones neuronales, al igual que el ritmo en la música o la danza. En un artículo publicado el 7 de julio de 2022 en PNASlos investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego proporcionan algunas de las primeras pruebas empíricas de que tales ondas, de hecho, ocurren en las personas.

«Piense en la experiencia de acariciar a su gato: su forma, ubicación, entorno, color, sensación, movimiento y sonido, además de sus propias emociones y acciones de respuesta. Todos están unidos en un todo coherente», dijo el autor principal Eric Halgren, Ph.D., profesor de radiología en la Facultad de Medicina de UC San Diego.

«Estos diferentes aspectos de la experiencia están codificados en ubicaciones distribuidas a lo largo de la superficie cortical del cerebro, y la experiencia está respaldada por su patrón de activación espaciotemporal. El misterio ha sido cómo se conectan las actividades en esas diferentes ubicaciones».

Estudios previos, principalmente en roedores, habían encontrado que las ondas en una estructura diferente, el hipocampo, organizan la reproducción de estos patrones espaciotemporales durante el sueño, y esto es esencial para que los recuerdos sean permanentes.

El equipo de UC San Diego, dirigido por Halgren, descubrió que las ondas también se producen en todas las áreas de la corteza cerebral humana, tanto en la vigilia como en el sueño. Las ondas fueron breves, duraron aproximadamente una décima de segundo y tenían una frecuencia estrecha constante cercana a los 90 ciclos por segundo. Los autores calcularon que un evento de onda breve típico puede implicar que aproximadamente 5.000 pequeños módulos se activen simultáneamente, distribuidos a lo largo de la superficie cortical.

Este trabajo forma parte de la tesis doctoral en neurociencias del primer autor Charles W. Dickey.

«Sorprendentemente, las ondas coincidieron y se sincronizaron en todos los lóbulos y entre ambos hemisferios, incluso a largas distancias», dijo Dickey. «Las neuronas corticales aumentaron la activación durante las ondas, al ritmo de las ondas, lo que podría respaldar la interacción entre ubicaciones distantes.

«Hubo más co-ocurrencias que precedieron al recuerdo exitoso de la memoria. Todo lo cual sugiere que las co-ondas corticales distribuidas promueven la integración de diferentes elementos que pueden comprender una memoria experiencial particular».

Los investigadores encontraron que las ondas corticales a menudo se combinan con las ondas del hipocampo y se integran en oscilaciones más lentas (1 y 12 ciclos por segundo). Estos ritmos más lentos están orquestados por una estructura central que controla los niveles de actividad cortical, el tálamo, y modula el disparo neuronal, que es necesario para la consolidación de la memoria.

«Como nuestra experiencia se organiza jerárquicamente en el tiempo, también lo son los ritmos que organizan nuestras actividades corticales que crean esa experiencia», dijo Halgren.

La investigación involucró análisis de grabaciones de una semana hechas directamente desde el interior de los cerebros de 18 pacientes que estaban siendo monitoreados para localizar el origen de sus ataques epilépticos. El trabajo en curso en el laboratorio de Halgren está demostrando que los patrones de activación neuronal en diferentes partes de la corteza son más mutuamente predictivos durante la co-ondulación, y la co-ondulación está asociada con la unión de letras en palabras y significados con acciones.

«Al igual que cualquier otra investigación básica que aumenta nuestra comprensión de cómo funciona el mundo, es imposible saber cuáles serán sus implicaciones prácticas», dijo Halgren. «Pero me gustaría señalar que la esquizofrenia, una enfermedad común e incurable, se caracteriza por la fragmentación mental. Nuestros hallazgos y los de otros indican que un tipo particular de interneurona inhibitoria es crucial para la generación de ondas, y se sabe que estas células son selectivamente afectados por la esquizofrenia, al igual que las oscilaciones de alta frecuencia. Quizás estemos un poco más cerca de encontrar un mecanismo para un aspecto de esta trágica enfermedad».